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esse evento de Solstício. Os Equinócios ocorrem quando se tem a mínima declinação do Sol (δ = 0o), ou seja, quando o Sol, em seu movimento aparente, coincide seu raio vetor com a linha do Equador. A interseção da Eclíptica com o Equador chama-se Linha dos Equinócios e os pontos extremos dessa linha são os pontos de Equinócios. Durante o ano ocorrem dois Solstícios e dois Equinócios. As datas dessas efemérides determinam o início das estações do ano. Quando δ = 23° 27’ N, o Sol culmina no Trópico de Câncer, o que define o Solstício de Inverno no Hemisfério Sul (HS ou Austral) ou Verão no Hemisfério Norte (HN ou Boreal), que normalmente ocorre no dia 22/junho. Essa data indica o início do inverno para o HS e verão para o HN (Figura 3.10). A partir dessa data, o Sol no seu movimento aparente se desloca para o Sul, e depois de aproximadamente três meses culmina no Equador (δ = 0o) em 23/setembro, o que caracteriza o Equinócio de primavera do HS (outono HN). Na continuação do movimento aparente, o Sol alcança novamente a máxima declinação solar (21/dezembro), só que agora no Hemisfério Sul (23° 27’ S), e culmina no Trópico de Capricórnio. Essa data define o Solstício de Verão para o HS (inverno para o HN). Partindo agora do Solstício de Verão no HS, o Sol apresenta movimento aparente em direção ao Norte e culmina no Equador em 21/março, o que caracteriza o Equinócio de Outono no HS (primavera no HN). As datas dos Solstícios e Equinócios são aproximadas devido a ocorrência dos anos bissextos (fevereiro com 29 dias) a cada quatro anos. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 75 Figura 3.10. Estações do ano com destaque o Afélio e Periélio. Observa-se que no Solstício, no Hemisfério que é verão, o Pólo desse Hemisfério encontra-as voltado para o Sol (iluminado) e a radiação incide numa maior área (mais energia) (Figura 3.11) desse Hemisfério, enquanto no Hemisfério que é inverno, o Pólo está voltado para o lado oposto (escuro) e a radiação incide numa menor área desse Hemisfério (menos energia). No caso do Equinócio, a radiação incide em uma mesma área nos dois Hemisférios e os Pólos estão igualmente posicionados em relação ao Sol (Figura 3.12), ou seja, igualmente iluminados e a mesma disponibilidade de energia. Figura 3.11. Solstício (22/junho → = +23° 27’) de verão no Hemisfério Norte (inverno no Hemisfério Sul) e Solstício (22/dezembro → = -23° 27’) de inverno no Hemisfério Norte (verão no Hemisfério Sul). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 76 Figura 3.12. Equinócio ( = 0° - 23/março) de primavera para o Hemisfério Norte (outono Hemisfério Sul) e Equinócio ( = 0° - 23/setembro) de outono para o Hemisfério Norte (primavera Hemisfério Sul). 3.4.3. Cálculo da Declinação Solar A declinação solar varia continuamente, mas para a maioria das aplicações na área de Meteorologia e Climatologia, pode-se considerar que essa variação se dá em intervalos de um dia, de forma discreta. Assim, baseado no número de ordem do ano (n) ou dia do ano (contagem continua dos dias do ano: 1º de janeiro = 1, 31 de janeiro = 31, 1º fevereiro = 32,..., 31 de dezembro = 365) e assumindo que a órbita da Terra é circular, pode-se determinar a declinação solar pela seguinte relação (Cooper, 1969): 365 284360 45,23 jn sen (3.1) Na equação 3.1 a declinação solar é dada em graus e décimos de graus (0,1 = 6’). A Figura 3.13 apresenta a relação entre declinação solar e as estações do ano. Quando o sinal da declinação é igual ao da latitude, o local encontra-se na primavera ou no verão, caso contrário, declinação com sinal oposto ao da latitude, a estação é outono ou inverno. O Sol passa seis meses em cada Hemisfério, assim, cada estação do ano dura três meses. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 77 Figura 3.13. Variação da declinação solar durante o ano. 3.5. Fotoperíodo Como resultado da inclinação do eixo de rotação e do movimento de translação, a duração dos dias varia com a latitude e o dia do ano. O fotoperíodo ou duração do dia é caracterizado pelo período em que o Sol está acima do plano do horizonte, ou seja, é o intervalo entre o nascer e o pôr-do-sol (ocaso), decorrente do movimento de rotação da Terra. O fotoperíodo ou número máximo de horas de brilho solar (N) pode ser estimado em função do ângulo horário (H) entre o nascer e o ocaso do Sol. 15 2 H N (3.2) O ângulo horário depende do local (latitude - ) e da época do ano, representado pela declinação solar () e, pode ser determinado pela relação: tgtgHtgtgH arccoscos (3.3) em que, δ é a declinação e a latitude local (negativo no HS e positivo no HN). Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 78 Baseado nas equações 2 e 3 observa-se que o fotoperíodo também depende do local (latitude) e época do ano (declinação solar). Apenas no Equador a duração de dias e noites é igual (12 horas) durante todo o ano, em outras latitudes, apenas nos Equinócios a duração de dias e noites é igual. No Solstício, o fotoperíodo no Pólo do Hemisfério que é verão é de 24 horas e diminui em direção ao Equador (12 horas), enquanto no Hemisfério que é inverno, o fotoperíodo diminui do Equador para o Pólo, sendo de 0 hora no Pólo. Assim, no Pólo do Hemisfério que é verão ou outono é dia e dura cerca de seis meses, e noite no Pólo do Hemisfério que é inverno ou primavera. 3.6. Consequências dos Movimentos da Terra: Rotação e Translação Como consequência do movimento de rotação tem-se a sucessão de dias e noites e o movimento aparente do Sol de Leste-Oeste. Isso resulta no nascer do Sol a Leste, e pôr do Sol mais cedo do que lugares a Oeste. O movimento de translação, quando associado à inclinação do eixo de rotação, resulta na variação da disponibilidade da radiação solar (luz e energia) e da duração de dias/noites, o que caracteriza as estações do ano (verão, outono, inverno e primavera) em cada região da Terra. Para locais entre 0° - 66°33’ (Circulo Polar Ártico ou Antártico) de latitude (N ou S) ocorrem os seguintes padrões: i) Quando a declinação (δ) tem mesmo sinal que a latitude () do local, a duração do dia é superior a 12 horas. Isso pode ser comprovado pelas equações 2 e 3. Nesses casos: # Pela equação 3, Cos H < 0 H > 90°, que quando substituído na equação 2, resulta em N > 12 horas. ii) Quando e δ tem sinais diferentes, a duração do dia é inferior a 12 horas. # Pela equação 3, Cos H > 0 H < 90°, e pela equação 2, N < 12 horas. iii) Equador ( = 0°), para qualquer δ, ou seja, para qualquer dia do ano, # Pela equação 3, Cos H = 0 H = 90° e assim, pela equação 2, N= 12 horas. iv) Quando o Sol culminar no Equador (Equinócio δ = 0°), # Pela equação 3, Cos H = 0 H = 90° e assim, pela equação 2, N= 12 horas para qualquer latitude. Apostila de Meteorologia Básica - IF 111 – 2013 – DCA/IF/UFRRJ 79 3.7. Forma da Terra Se o eixo de rotação da Terra fosse perpendicular a Eclíptica não haveria muita variação na radiação durante o ano. Quando o Sol culmina no Zênite de um lugar e sem considerar a atmosfera, a radiação incidente (I) é igual à emergente (I0) e assim, I/I0 = 1 (Figura 3.14a). Contudo, o Sol ocupa o Zênite apenas duas vezes por ano, na região Tropical, e fora dos Trópicos isso nunca ocorre, ou seja, vai existir um ângulo entre o Zênite e a posição do Sol (ângulo
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